JP2010190636A - Acceleration sensor - Google Patents
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Abstract
【課題】耐衝撃性に優れ、加速度の検出特性の低下が抑えられた加速度センサーを得ること。
【解決手段】固定電極41および可動電極21以外にダンピング用構造体80を設けるので、固定電極41と可動電極21との電極間間隙70を狭くすることなく、ダンピング用構造体80によってダンピングの調整ができる。したがって、可動部20と支持体10との衝突破壊が低減して耐衝撃性に優れ、固定電極41と可動電極21との衝突を避けながら加速度の検出が可能な、加速度の検出特性の低下の少ない加速度センサー100を得ることができる。
【選択図】図1An acceleration sensor is provided which has excellent impact resistance and suppresses a decrease in acceleration detection characteristics.
Since the damping structure 80 is provided in addition to the fixed electrode 41 and the movable electrode 21, the damping structure 80 adjusts the damping without reducing the inter-electrode gap 70 between the fixed electrode 41 and the movable electrode 21. Can do. Therefore, the collision failure between the movable part 20 and the support 10 is reduced, the impact resistance is excellent, the acceleration can be detected while avoiding the collision between the fixed electrode 41 and the movable electrode 21, and the acceleration detection characteristic is deteriorated. A small number of acceleration sensors 100 can be obtained.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、固定電極と可動電極との間の容量変化に基づいて加速度を検出する加速度センサーに関する。 The present invention relates to an acceleration sensor that detects acceleration based on a change in capacitance between a fixed electrode and a movable electrode.
加速度センサーとして、支持体に設けられた固定電極と可動電極との間の容量変化に基づいて加速度を検出する加速度センサーが知られている。可動電極は、錘を備えた可動部に形成され、可動部は、ばねによって支持体と連結されている。このような加速度センサーにおいては、固定電極と可動電極との間の容量が変化する方向の成分を持つ加速度の検出が可能である。
上述の構造を備えた加速度センサーの構造共振周波数は、可動部の質量m、ばね定数kから一義的に決まる。また、共振の鋭さを示すQ値は、可動部の質量m、ばね定数kに減衰定数cを加えた計算式から決まり、減衰定数cに反比例する。
加速度センサーでは、過渡応答、耐衝撃特性の点から、低いQ値が要求される。例えば0.5〜1.0程度のQ値が要求される。加速度センサーの構造共振周波数は、構造によって決まるため、Q値は、支持体、可動部等とそれらを取り巻く気体との相互作用による減衰定数cで表されるダンピング(減衰力)を考慮して設計される。減衰定数cが大きくなれば、Q値が低減する。
Q値を低減させる方法として、可動部である可動体と支持体である支持基板との間隔を狭くし、可動体と支持基板とがずれる時に生じるスライドダンピングを利用し、減衰定数cであるダンピング係数を大きくする方法が知られている(特許文献1参照)。
As an acceleration sensor, an acceleration sensor that detects acceleration based on a change in capacitance between a fixed electrode and a movable electrode provided on a support is known. The movable electrode is formed in a movable part having a weight, and the movable part is connected to the support body by a spring. In such an acceleration sensor, it is possible to detect acceleration having a component in the direction in which the capacitance between the fixed electrode and the movable electrode changes.
The structural resonance frequency of the acceleration sensor having the above-described structure is uniquely determined from the mass m of the movable part and the spring constant k. Further, the Q value indicating the sharpness of resonance is determined from a calculation formula obtained by adding the damping constant c to the mass m of the movable part and the spring constant k, and is inversely proportional to the damping constant c.
The acceleration sensor is required to have a low Q value in terms of transient response and impact resistance. For example, a Q value of about 0.5 to 1.0 is required. Since the structural resonance frequency of the acceleration sensor is determined by the structure, the Q value is designed in consideration of the damping (damping force) represented by the damping constant c due to the interaction between the support, the movable part, etc. and the gas surrounding them. Is done. As the damping constant c increases, the Q value decreases.
As a method of reducing the Q value, the distance between the movable body that is the movable portion and the support substrate that is the support body is narrowed, and slide damping that occurs when the movable body and the support substrate are displaced is utilized, and the damping that is the damping constant c A method for increasing the coefficient is known (see Patent Document 1).
しかしながら、可動部と支持体との間隔を狭くすると、可動部と支持体との間隔を狭くした方向に対する衝撃で、可動部と支持体との衝突破壊が起こり、耐衝撃性が低下する。
また、固定電極と可動電極との間隙を利用したダンピングでは、固定電極と可動電極との間隙を狭くする必要がある。この場合、静電力により固定電極と可動電極とが接触してくっついてしまったり、静電力による線形性の確保が困難になったりして、加速度の検出特性が低下する。
However, if the distance between the movable part and the support is reduced, the impact between the movable part and the support causes a collision failure between the movable part and the support, resulting in a reduction in impact resistance.
Further, in the dumping using the gap between the fixed electrode and the movable electrode, it is necessary to narrow the gap between the fixed electrode and the movable electrode. In this case, the fixed electrode and the movable electrode come into contact with each other due to the electrostatic force, or it becomes difficult to ensure linearity due to the electrostatic force, so that the acceleration detection characteristic is deteriorated.
本発明は、上述の課題の少なくとも一つを解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least one of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例1]
支持体と、前記支持体に形成されている固定電極と、前記支持体に形成されている第1ダンピング用構造体と、可動部と、前記可動部に設けられた可動電極と、前記可動部に設けられた第2ダンピング用構造体とを備え、前記固定電極と前記可動電極とは、第1間隙を隔てて対向配置されて容量を形成し、前記第1ダンピング用構造体と前記第2ダンピング用構造体とは、第2間隙を隔てて対向配置されていることを特徴とする加速度センサー。
[Application Example 1]
A support, a fixed electrode formed on the support, a first damping structure formed on the support, a movable part, a movable electrode provided on the movable part, and the movable part And the fixed electrode and the movable electrode are arranged opposite to each other with a first gap therebetween to form a capacitance, and the first damping structure and the second damping structure are provided. An acceleration sensor, wherein the damping structure is disposed to face the second structure with a second gap therebetween.
この適用例によれば、固定電極および可動電極以外に第1ダンピング用構造体と第2ダンピング用構造体とからなるダンピング用構造体を設けるので、第1間隙を狭くすることなく、ダンピング用構造体の第2間隙によってダンピングの調整ができる。したがって、可動部と支持体との衝突破壊が低減して耐衝撃性に優れ、固定電極と可動電極との衝突を避けながら加速度の検出が可能な、加速度の検出特性の低下の少ない加速度センサーが得られる。 According to this application example, since the damping structure composed of the first damping structure and the second damping structure is provided in addition to the fixed electrode and the movable electrode, the damping structure is made without narrowing the first gap. Damping can be adjusted by the second gap of the body. Therefore, there is an acceleration sensor that reduces collision failure between the movable part and the support body, has excellent impact resistance, can detect acceleration while avoiding collision between the fixed electrode and the movable electrode, and has little deterioration in acceleration detection characteristics. can get.
[適用例2]
上記加速度センサーであって、前記第2間隙は、前記第1間隙より狭いことを特徴とする加速度センサー。
この適用例では、第2間隙を、第1間隙より狭くして、ダンピングをより大きくできる。
[Application Example 2]
The acceleration sensor according to
In this application example, the second gap can be made narrower than the first gap to increase the damping.
[適用例3]
上記加速度センサーであって、前記第1間隙の変動方向と前記第2間隙の変動方向とが略一致していることを特徴とする加速度センサー。
この適用例では、第1間隙の変動方向と第2間隙の変動方向が略一致しているので、減衰力が固定電極と可動電極との間の第2間隙の変動に効率よく働く。
[Application Example 3]
The acceleration sensor according to
In this application example, since the fluctuation direction of the first gap and the fluctuation direction of the second gap substantially coincide, the damping force efficiently acts on the fluctuation of the second gap between the fixed electrode and the movable electrode.
[適用例4]
上記加速度センサーであって、前記第1ダンピング用構造体および前記第2ダンピング用構造体は、それぞれ複数形成されて、前記第1間隙の変動方向または前記可動部の重心に対して対称な位置に配置されていることを特徴とする加速度センサー。
この適用例では、第1ダンピング用構造体および第2ダンピング用構造体が、第1間隙の変動方向または可動部の重心に対して対称に配置されているので、第1間隙の変動方向に対して均等に減衰力が働き、他方向への感度が押さえられる。
[Application Example 4]
In the acceleration sensor, a plurality of the first damping structures and the second damping structures are respectively formed, and are symmetric with respect to the fluctuation direction of the first gap or the center of gravity of the movable portion. An acceleration sensor characterized by being arranged.
In this application example, the first damping structure and the second damping structure are arranged symmetrically with respect to the fluctuation direction of the first gap or the center of gravity of the movable part. The damping force works evenly, and the sensitivity in other directions is suppressed.
[適用例5]
上記加速度センサーであって、前記固定電極、前記可動電極、前記可動部および前記第1ダンピング用構造体および前記第2ダンピング用構造体が、集積回路で用いられる積層構造を有していることを特徴とする加速度センサー。
この適用例では、固定電極、可動電極、可動部、第1ダンピング用構造体および第2ダンピング用構造体が積層構造であるので、集積回路が形成された基板上に加速度センサーが形成できる。
[Application Example 5]
In the acceleration sensor, the fixed electrode, the movable electrode, the movable portion, the first damping structure, and the second damping structure have a stacked structure used in an integrated circuit. A characteristic acceleration sensor.
In this application example, since the fixed electrode, the movable electrode, the movable portion, the first damping structure, and the second damping structure are laminated, the acceleration sensor can be formed on the substrate on which the integrated circuit is formed.
[適用例6]
上記加速度センサーであって、前記固定電極、前記可動電極、前記可動部、前記第1ダンピング用構造体および前記第2ダンピング用構造体が、単結晶シリコンから形成されていることを特徴とする加速度センサー。
この適用例では、固定電極、可動電極、可動部、第1ダンピング用構造体および第2ダンピング用構造体が、単結晶シリコンから形成されているので、熱応力による変形が少なく、厚い構造体の形成も容易になる。
[Application Example 6]
The acceleration sensor, wherein the fixed electrode, the movable electrode, the movable portion, the first damping structure, and the second damping structure are made of single crystal silicon. sensor.
In this application example, since the fixed electrode, the movable electrode, the movable portion, the first damping structure, and the second damping structure are made of single crystal silicon, deformation due to thermal stress is small, and the thick structure Formation is also easy.
以下、実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
(第1実施形態)
図1に、本実施形態における加速度センサー100の概略図を示した。(a)は加速度センサー100の概略平面図、(b)は(a)におけるA−A概略断面図である。図中には、X,Y,Z軸方向を示している。また、図中の両矢印は、加速度検出方向を示し、本実施形態では、X軸方向が加速度検出方向である。
Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic diagram of an
図1において、加速度センサー100は、支持体10と可動部20とを備えている。
支持体10は、基板30と基板30上に形成された支持部40とを備えている。また、可動部20も基板30上に形成されている。
基板30は、シリコン基板からなり、可動部20との間に間隔を持たせるために、基板30の可動部20に対向する面には、凹部31が形成されている。凹部31の深さは、可動部20のZ軸方向に衝撃が加わって、可動部20が基板30側に撓んでも衝突しない深さになっている。
In FIG. 1, the
The
The
可動部20および支持部40は、例えば、基板30上の他の領域に形成された後述する集積回路としてのCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)集積回路400を構成する配線層50、層間絶縁膜60等からなる積層構造を利用して形成されている。
配線層50としては、例えば、Al、Cu、Al合金、Mo、Ti、W、Pt等を用いることができる。配線層50には、CMOS集積回路400を形成する際に用いられるTiN、Ti、TiW、TaN、WN、VN、ZrN、NbN等からなるバリア膜、TiN、Ti等からなる反射防止膜も含まれる。また、配線層50には、CMOSのゲート電極も含む。ゲート電極は、不純物を含んだ多結晶シリコン、シリサイド、W等からなる。
層間絶縁膜60としては、SiO2、TEOS(Tetraethoxysilane)、BPSG(Borophosphosilicate Glass)、NSG(Non-doped silicon glass)、SOG(Spin on glass)等を用いることができる。また、積層構造には、CMOS集積回路400の最表面に形成されるSiN、SiO2等からなる保護膜を含んでいてもよい。
The
As the
The interlayer insulating film 60, SiO 2, TEOS (Tetraethoxysilane ), BPSG (Borophosphosilicate Glass), NSG (Non-doped silicon glass), can be used SOG (Spin on glass) or the like. The laminated structure may include a protective film made of SiN, SiO 2 or the like formed on the outermost surface of the CMOS integrated
Al等の配線層50は、スパッタ、真空蒸着、CVD(Chemical Vapor Deposition)等で形成でき、SiO2等の層間絶縁膜60は、CVD、熱酸化、スピンコートおよび焼成等で形成することができる。
なお、可動部20および支持部40は、CMOS集積回路400の積層構造を利用して形成されるものに限らず、独自に積層構造を形成したものであってもよい。
The
In addition, the
支持部40は、基板30上に略矩形の枠体として形成されている。支持部40は、固定電極41を備えている。固定電極41は、支持部40の一つの対向する内面の略中央に、枠体の内側に向かって形成されている。固定電極41の形状は、板状の直方体である。
可動部20は、可動電極21と錘部22とばね部23,24とを備えている。錘部22の形状は、略直方体に形成されている。可動部20は、固定電極41が形成されていない残りの一対の支持体の内面と2つのばね部23,24を介して、略矩形の枠体である支持部40で囲まれた略中心に2ヵ所で保持されている。
ばね部23,24は、対向する2つの板ばねを向かい合わせて、両端で固定した構造となっている。2つの板ばねのうち、一方の板ばねは支持部40と接続され、他方の板ばねは錘部22に接続されている。
The
The
The
可動電極21は、錘部22の固定電極41に対向する位置に形成されている。可動電極21も固定電極41と同様に板状の直方体である。
可動電極21と固定電極41とは、電極間で容量が得られるように、間隔aの第1間隙としての電極間間隙70を介して対向している。
The
The
加速度センサー100は、ダンピング用構造体80を備えている。本実施形態では、対向する可動電極21と固定電極41とを挟むように、両側にダンピング用構造体80が設けられ、計4ヵ所にダンピング用構造体80が設けられている。ダンピング用構造体80は、電極間間隙70の変動方向に対して対称な位置に配置されている。
The
ダンピング用構造体80は、第1ダンピング構造体としての固定体42と第2ダンピング構造体としての可動体25とを備えている。
可動体25は、錘部22の可動電極21の両側で、支持部40に向かって形成されている。一方、固定体42は、支持部40の固定電極41の両側で、可動体25に対向する位置に、間隔bの第2間隙としての間隙90を隔てて形成されている。ここで、間隔aは間隔bより大きく設定されている。
The damping
The
CMOS集積回路400とともに、基板30上に加速度センサー100を形成する場合の各構成要素の大きさは特に限定されないが、例えば、以下の通りである。
可動部20および支持部40の積層構造の厚さは、数μm程度で、支持部40は、数mm角程度の枠体である。積層構造の各層は、1μm程度である。可動電極21と固定電極41との電極間距離である電極間間隙70の間隔aは数μm程度である。また、錘部22の質量は、数×10-6g程度である。
Although the size of each component in the case of forming the
The thickness of the laminated structure of the
可動部20と支持部40は、配線層50および層間絶縁膜60からなる積層構造の表面側からの異方性エッチングと等方性エッチングを組み合わせることで形成できる。
図2(a)〜(c)に、例として、CMOS集積回路400と加速度センサー100とを基板30に形成する場合の製造工程の簡略断面図を示した。
図2(a)は、CMOS集積回路400とエッチング前の加速度センサー部110を形成する工程を、(b)は層間絶縁膜60等の異方性エッチング工程を、(c)は基板30の等方性エッチング工程を示している。
The
FIGS. 2A to 2C are simplified sectional views showing a manufacturing process in the case where the CMOS integrated
2A shows a process of forming the CMOS integrated
図2(a)において、基板30にトランジスター410を構成する不純物拡散層411、ソース412、ドレイン413、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)414、ゲート酸化膜415、ゲート416等を形成後、トランジスター410上にプラグ420、配線層50、層間絶縁膜60、保護膜430等を積層、エッチングを繰り返しCMOS集積回路400を周知の方法で形成する。
このとき、エッチング前の加速度センサー部110には、LOCOS414、ゲート酸化膜415、ゲート416等を形成し、その上に、層間絶縁膜60、配線層50、保護膜430等を積層する。
In FIG. 2A, an
At this time, the
図2(b)において、保護膜430側から層間絶縁膜60等の異方性エッチングを行う。異方性エッチングは、例えば、ICP(Inductively Coupled Plasma)エッチングによって行う。エッチングガスとしては、CF4、CH3、He等の混合ガスを用い、圧力を10〜20Pa、RFパワーを600〜800Wで行う。エッチング時間は、保護膜430と層間絶縁膜60の合計膜厚が4〜6μmの場合、10〜20分である。
In FIG. 2B, anisotropic etching of the
図2(c)において、保護膜430側からシリコンの基板30の等方性エッチングを行い、凹部31を形成する。等方性エッチングは、例えば、ICP(Inductively Coupled Plasma)エッチングによって行う。エッチングガスとしては、SF6、O2の混合ガスを用い、圧力を1〜100Pa、RFパワーを100W程度で行う。エッチング時間は、凹部31の深さが2〜3μmの場合、数分である。このエッチングにより、可動部20等が基板30から切り離される。
In FIG. 2C, isotropic etching of the
加速度センサー100では、X軸方向に加速度が加わると、固定電極41と可動電極21との間の距離が変化し容量が変化する。この容量の変化を検出することによって加速度を測定することができる。
In the
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
(1)固定電極41および可動電極21以外にダンピング用構造体80を設けるので、固定電極41と可動電極21との電極間間隙70を狭くすることなく、ダンピング用構造体80によってダンピングの調整ができる。したがって、可動部20と支持体10との衝突破壊が低減して耐衝撃性に優れ、固定電極41と可動電極21との衝突を避けながら加速度の検出が可能な、加速度の検出特性の低下の少ない加速度センサー100を得ることができる。
According to this embodiment, there are the following effects.
(1) Since the damping
(2)ダンピング用構造体80の可動体25と固定体42との間の間隙90の間隔bを、固定電極41と可動電極21との電極間間隙70の間隔aより狭くして、ダンピングをより大きくできる。
(2) Damping is performed by setting the gap b of the
(3)間隙90の変動方向と電極間間隙70の変動方向が略一致しているので、減衰力が固定電極41と可動電極21との間の電極間間隙70の変動に効率よく働くようにできる。
(3) Since the fluctuation direction of the
(4)ダンピング用構造体80が、間隙90の変動方向または可動部20の重心に対して対称に配置されているので、間隙90の変動方向に対して均等に減衰力が働き、他方向への感度を押さえることができる。
(4) Since the damping
(5)固定電極41、可動電極21、可動部20およびダンピング用構造体80が積層構造であるので、CMOS集積回路400が形成された基板30上に加速度センサー100を形成できる。
(5) Since the fixed
(第2実施形態)
図3に本実施形態における加速度センサー200の概略図を示した。(a)は加速度センサー200の概略平面図、(b)は(a)におけるA−A概略断面図である。図中には、軸方向を示している。図中の両矢印は、加速度検出方向を示し、本実施形態では、X軸方向が加速度検出方向である。
第1実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付した。以下には、第1実施形態と異なる点を中心に説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 3 shows a schematic diagram of the
The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. Below, it demonstrates centering on a different point from 1st Embodiment.
図3において、加速度センサー200の構造は、第1実施形態で示した加速度センサー100と略同様である。構造で異なる点は、ダンピング用構造体80を対向する可動電極21と固定電極41との両側でなく片側にだけ設けた点である。
ダンピング用構造体80は、可動部20の重心221に対して点対称の位置に2lヵ所配置されている。
In FIG. 3, the structure of the
The damping
第1実施形態と第2実施形態とでは、以下の点で大きく異なる。
第1実施形態では、基板30は、シリコン基板からなり、支持部40と可動部20とは、基板30上の他の領域に形成されたCMOS集積回路400を構成する配線層50および層間絶縁膜60を利用した積層構造となっている。一方、第2実施形態では、SOI(Silicon On Insulator)構造の半導体基板35を利用する。SOI構造は、酸化シリコンからなる埋め込み酸化膜210を挟んで、埋め込み酸化膜上に形成された単結晶シリコン層220を備えている。
The first embodiment and the second embodiment are greatly different in the following points.
In the first embodiment, the
可動部20および支持部40は、単結晶シリコン層220をエッチングすることによって得られる。また、基板30の貫通部32は、単結晶シリコン層220が形成された面に対向する面からエッチングすることによって形成できる。
図4(a)〜(c)に、例として、CMOS集積回路400と加速度センサー200とをSOI構造の半導体基板35に形成する場合の製造工程を簡略化して示した。
図4(a)は、CMOS集積回路400を形成する工程を、(b)は単結晶シリコン層220のCMOS集積回路400形成面側からの異方性エッチング工程を、(c)は基板30の基板30側からの異方性エッチング工程を示している。
The
4A to 4C show, as an example, a simplified manufacturing process in the case where the CMOS integrated
4A shows a process of forming the CMOS integrated
図4(a)において、第1実施形態と同様に、単結晶シリコン層220にCMOS集積回路400を周知の方法で形成する。このとき、加速度センサー部110には、何も形成しない。
In FIG. 4A, as in the first embodiment, a CMOS integrated
図4(b)において、単結晶シリコン層220のCMOS集積回路400形成面側から異方性エッチングを行う。異方性エッチングは、SiO2等で加速度センサー200の形状に応じてマスクを施し、KOHによるウェットエッチングで行うことができる。
In FIG. 4B, anisotropic etching is performed from the surface of the single
図4(c)において、基板30側から基板30および埋め込み酸化膜210をエッチングし、貫通部32を形成した後、基板30側から異方性エッチングを行う。異方性エッチングは、単結晶シリコン層220のCMOS集積回路400形成面側から行った方法と同様の方法で行うことができる。
In FIG. 4C, the
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
(6)固定電極41、可動電極21、可動部20およびダンピング用構造体80が、単結晶シリコンから形成されているので、熱応力による変形を少なくでき、厚い構造体の形成を容易にできる。
According to this embodiment, there are the following effects.
(6) Since the fixed
(変形例)
図5に変形例における加速度センサー300の概略平面図を示した。
図5において、第1実施形態および第2実施形態と異なる点は、X軸方向への加速度を検出する可動電極21および固定電極41の他に、Y軸方向への加速度を検出する可動電極26および固定電極43を設け、これらの電極の両側にもダンピング用構造体80を設けた点が異なる。また、可動電極21および固定電極41と、可動電極26および固定電極43とは、差動検出タイプとはなっていない。
上記以外の構造および製造方法については、第1実施形態と同様の積層構造、第2実施形態と同様の構造および第1、第2実施形態と同様の製造方法を用いることができる。
変形例では、2方向の加速度の測定が可能になる。
(Modification)
FIG. 5 shows a schematic plan view of an
In FIG. 5, the difference from the first and second embodiments is that the
Regarding the structure and manufacturing method other than those described above, the same laminated structure as that of the first embodiment, the same structure as that of the second embodiment, and the same manufacturing method as that of the first and second embodiments can be used.
In the modification, acceleration in two directions can be measured.
上述した実施形態以外にも、種々の変更を行うことが可能である。
ばね部23,24の構造は、どのようなものであってもよい。例えば、一つの板ばねの両端が支持部40に接続され、中央部が錘部22に接続された構造であってもよい。
Various modifications other than the above-described embodiment can be made.
The
実施形態では、可動電極21と固定電極41とは2対しか示されていないが、3対以上でくし歯が入り込んだ状態の構成としてもよい。また、可動電極21および固定電極41は、矩形状の電極が向かい合う構造になっていたが、矩形状以外の形状であってもよい。
また、加速度の印加によって電極同士が衝突しなければ、平行平板でなくてもよい。
In the embodiment, only two pairs of the
Further, if the electrodes do not collide by application of acceleration, they may not be parallel plates.
さらに、気体は空気以外のHe、Ne等の希ガス、窒素ガス等であってもよい。空気よりも粘性係数の大きな媒体を用いることで、より大きな減衰定数cが得られる。 Furthermore, the gas may be a rare gas such as He or Ne other than air, a nitrogen gas, or the like. By using a medium having a viscosity coefficient larger than that of air, a larger damping constant c can be obtained.
ダンピング用構造体80は、可動体25と固定体42との間の間隙90の間隔bを変えるだけでなく、可動体25および固定体42の形状を変えてもよい。また、可動体25と固定体42とは2対および4対しか示されていないが、6対以上でくし歯が入り込んだ状態の構成としてもよい。
The damping
10…支持体、20…可動部、21…可動電極、25…第2ダンピング用構造体としての可動体、41…固定電極、42…第1ダンピング用構造体としての固定体、70…第1間隙としての電極間間隙、90…第2間隙としての間隙、100,200,300…加速度センサー、400…CMOS集積回路、220…単結晶シリコンとしての単結晶シリコン層、221…重心。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記支持体に形成されている固定電極と、
前記支持体に形成されている第1ダンピング用構造体と、
可動部と、
前記可動部に設けられた可動電極と、
前記可動部に設けられた第2ダンピング用構造体とを備え、
前記固定電極と前記可動電極とは、第1間隙を隔てて対向配置されて容量を形成し、
前記第1ダンピング用構造体と前記第2ダンピング用構造体とは、第2間隙を隔てて対向配置されている
ことを特徴とする加速度センサー。 A support;
A fixed electrode formed on the support;
A first damping structure formed on the support;
Moving parts;
A movable electrode provided in the movable part;
A second damping structure provided on the movable part,
The fixed electrode and the movable electrode are opposed to each other with a first gap therebetween to form a capacitor,
The first damping structure and the second damping structure are arranged to face each other with a second gap therebetween.
前記第2間隙は、前記第1間隙より狭い
ことを特徴とする加速度センサー。 The acceleration sensor according to claim 1,
The acceleration sensor, wherein the second gap is narrower than the first gap.
前記第1間隙の変動方向と前記第2間隙の変動方向とが略一致している
ことを特徴とする加速度センサー。 The acceleration sensor according to claim 2,
The acceleration sensor characterized in that the fluctuation direction of the first gap substantially coincides with the fluctuation direction of the second gap.
前記第1ダンピング用構造体および前記第2ダンピング用構造体は、それぞれ複数形成されて、前記第1間隙の変動方向または前記可動部の重心に対して対称な位置に配置されている
ことを特徴とする加速度センサー。 In the acceleration sensor according to any one of claims 1 to 3,
A plurality of the first damping structures and the second damping structures are formed and arranged at positions symmetrical with respect to the direction of variation of the first gap or the center of gravity of the movable part. An acceleration sensor.
前記固定電極、前記可動電極、前記可動部および前記第1ダンピング用構造体および前記第2ダンピング用構造体が、集積回路で用いられる積層構造を有している
ことを特徴とする加速度センサー。 In the acceleration sensor according to any one of claims 1 to 4,
The acceleration sensor, wherein the fixed electrode, the movable electrode, the movable portion, the first damping structure, and the second damping structure have a laminated structure used in an integrated circuit.
前記固定電極、前記可動電極、前記可動部、前記第1ダンピング用構造体および前記第2ダンピング用構造体が、単結晶シリコンから形成されている
ことを特徴とする加速度センサー。 In the acceleration sensor according to any one of claims 1 to 4,
The acceleration sensor, wherein the fixed electrode, the movable electrode, the movable portion, the first damping structure, and the second damping structure are made of single crystal silicon.
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014500502A (en) * | 2010-12-07 | 2014-01-09 | ジョージア テック リサーチ コーポレーション | Mode-matching single proof mass 2-axis gyroscope and fabrication method |
| US8950259B2 (en) | 2010-05-26 | 2015-02-10 | Seiko Epson Corporation | Element structure, inertia sensor, and electronic device |
| US9739797B2 (en) | 2012-05-15 | 2017-08-22 | Denso Corporation | Sensor device |
| CN114088976A (en) * | 2022-01-24 | 2022-02-25 | 成都华托微纳智能传感科技有限公司 | Comb gap adjustable MEMS accelerometer |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06331649A (en) * | 1993-05-18 | 1994-12-02 | Murata Mfg Co Ltd | Acceleration sensor and manufacture thereof |
| JPH10206457A (en) * | 1997-01-22 | 1998-08-07 | Hitachi Ltd | Capacitive acceleration sensor and method of manufacturing the same |
| JP2001133479A (en) * | 2000-09-21 | 2001-05-18 | Mitsubishi Electric Corp | Inertial force sensor and method of manufacturing the same |
| JP2003519797A (en) * | 2000-01-13 | 2003-06-24 | ビ−エイイ− システムズ パブリック リミテッド カンパニ− | Accelerometer |
| JP2003344445A (en) * | 2002-05-24 | 2003-12-03 | Mitsubishi Electric Corp | Inertial force sensor |
| JP2004347475A (en) * | 2003-05-22 | 2004-12-09 | Denso Corp | Capacitive dynamical quantity sensor |
| JP2009168777A (en) * | 2008-01-21 | 2009-07-30 | Hitachi Ltd | Inertial sensor |
-
2009
- 2009-02-17 JP JP2009033605A patent/JP2010190636A/en not_active Withdrawn
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06331649A (en) * | 1993-05-18 | 1994-12-02 | Murata Mfg Co Ltd | Acceleration sensor and manufacture thereof |
| JPH10206457A (en) * | 1997-01-22 | 1998-08-07 | Hitachi Ltd | Capacitive acceleration sensor and method of manufacturing the same |
| JP2003519797A (en) * | 2000-01-13 | 2003-06-24 | ビ−エイイ− システムズ パブリック リミテッド カンパニ− | Accelerometer |
| JP2001133479A (en) * | 2000-09-21 | 2001-05-18 | Mitsubishi Electric Corp | Inertial force sensor and method of manufacturing the same |
| JP2003344445A (en) * | 2002-05-24 | 2003-12-03 | Mitsubishi Electric Corp | Inertial force sensor |
| JP2004347475A (en) * | 2003-05-22 | 2004-12-09 | Denso Corp | Capacitive dynamical quantity sensor |
| JP2009168777A (en) * | 2008-01-21 | 2009-07-30 | Hitachi Ltd | Inertial sensor |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8950259B2 (en) | 2010-05-26 | 2015-02-10 | Seiko Epson Corporation | Element structure, inertia sensor, and electronic device |
| JP2014500502A (en) * | 2010-12-07 | 2014-01-09 | ジョージア テック リサーチ コーポレーション | Mode-matching single proof mass 2-axis gyroscope and fabrication method |
| US9739797B2 (en) | 2012-05-15 | 2017-08-22 | Denso Corporation | Sensor device |
| CN114088976A (en) * | 2022-01-24 | 2022-02-25 | 成都华托微纳智能传感科技有限公司 | Comb gap adjustable MEMS accelerometer |
| CN114088976B (en) * | 2022-01-24 | 2022-04-12 | 成都华托微纳智能传感科技有限公司 | Comb gap adjustable MEMS accelerometer |
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